TECNOLOGÍA

Un leonés 'resuelve' en tres minutos con el ordenador cuántico de Google un cálculo que costaría hacer 10.000 años

Sergio Boixo Castrillo, un ingeniero, filósofo y matemático nacido en León en 1973 —y actualmente científico jefe del grupo de Teoría de Computación Cuántica de Google— ha liderado un asombroso avance para la humanidad demostrado la 'supremacía cuántica', al demostrar que se puede resolver en doscientos segundos un problema matemático que el superordenador más rápido del mundo no podría conseguir en menos de cien siglos con la tecnología actual de silicio.

Sergio Boixo, científico jefe de Teoría de Computación Cuántica de Google.
El leonés Sergio Boixo, jefe de Teoría de Computación Cuántica de Google. Imagen: Youtube.
Jesús María López de Uribe | 23/10/2019 - 14:30h.

La revista Nature ha publicado hoy un artículo titulado 'Supremacía Cuántica usando un procesador de superconducción programable' en el que se demuestra cómo la computación cuántica puede resolver en segundos problemas que los superordenadores de hoy en día tardarían siglos. En concreto, confirma que la computadora cuántica de Google ha resuelto en 200 segundos, tres minutos y veinte segundos, una complejísima operación que el más potente de los superordenadores de hoy en día tardaría diez mil años en abarcar. Y en este éxito tiene mucho, pero mucho, que ver un leonés.

Este artículo está firmado, entre otros muchos del equipo de Google, por Sergio Boixo Castrillo, científico jefe del grupo de Teoría de Computación Cuántica de la multinacional. Y lo ha explicado en el propio blog sobre Inteligencia Artificial perteneciente al buscador, firmándolo junto al científico jefe de Hardare Cuántico, John Martinis. El anuncio es un hito histórico para la tecnología, un avance de increíbles proporciones para la especie humana (como explica él mismo en el vídeo de abajo).

Sergio Boixo nació en León en 1973 y su currículum —extraído de cuando tuvo una Beca de la Caixa para estudiar en Estados Unidos— es. "Ingeniero informático por la Universidad Complutense de Madrid en 1996. En 1999 se licencia en Filosofía por la Universidad Española de Educación a Distancia y en 2003 en Matemáticas por la misma universidad. Entre 1996 y 2002 trabaja como informático, desde programador hasta arquitecto de sistemas, en diversos bancos, como el Banco Central Europeo o el Dresdner Bank en Fráncfort, y en empresas, como Semanticedge en Berlín".

"En 2003 inicia un doctorado en Física Teórica en la Universitat Autònoma de Barcelona, donde ejerce como profesor asociado, y en 2004 en la Universidad de Nuevo México (EE.UU.), en el campo de la computación cuántica. Al mismo tiempo trabaja en Los Alamos National Laboratory. Se doctora en física teórica en la Universidad de Nuevo México en 2008, es 'postdoc' dos años en Caltech, y postdoc en Harvard un año. Posteriormente fue profesor investigador en el Information Sciences Institute de la University of Southern California", continúa la página de La Caixa. Y más, mucho más, tras ponerse a trabajar en Google.

Pero lo que ha conseguido Sergio Boixo Castrillo es algo mucho más allá. Algo que el titular de un digital de la ciudad en donde nació no puede describir ni de lejos de forma justa o cercana a la realidad de lo que ha sido su estudio y su trabajo durante estos años. Lo que en la web especializada en tecnología 'The Verge' vienen a definir como que ha "abierto el camino a una nueva era" a la humanidad, algo que produciría vértigo a cualquiera.

La característica más especial de este leonés nacido en 1973 es su formación multidisciplinar... en disciplinas que en pocos currículums se ven juntas: como ingeniero informático es capaz de comprender cómo funciona la computación en la zona de harware (es decir, la electrónica), y luego es experto en las dos metaciencias fundamentales: como matemático es capaz de manejar el lenguaje con el que se intenta describir la lógica y la realidad de las cosas (la Física, sin las Matemáticas no podría describir el universo); y la Filosofía, esa gran olvidada, es crucial para poder pensar más allá de la realidad y de la comprensión tecnológica humana. Por algo trabaja en lo que trabaja.

Con esas tres bases, más un arduo trabajo, y obviamente una cabeza privilegiada, el científico leonés ha conseguido estar en la cabeza de un proyecto que hace treinta años no sería más que ciencia ficción, como explica el propio CEO de Google Sundai Pichai en este artículo de 'WWWhatsNEW'. Un trabajo de equipo en el que el leonés es una pieza fundamental pero a la vez comparte el mérito con todos los desarrolladores por ser de altísimo nivel.

Así reconoce Pichai el mérito del leonés y de todo el equipo: "Ha sido un viaje de 13 años para que Google llegue aquí. En 2006, el científico de Google Hartmut Neven comenzó a explorar la idea de cómo la computación cuántica podría ayudar a nuestros esfuerzos para acelerar el aprendizaje automático. Este trabajo condujo a la fundación de nuestro equipo de Google AI Quantum, y en 2014, John Martinis y su equipo de la Universidad de California en Santa Bárbara se unieron a nosotros en nuestros esfuerzos para construir una computadora cuántica. Dos años después, Sergio Boixo publicó un artículo que centró nuestros esfuerzos en la tarea computacional bien definida de la supremacía cuántica, y ahora el equipo ha construido el primer sistema cuántico del mundo que excede las capacidades de las supercomputadoras para esta computación en particular".

Desarrollo de un procesador de 54 cúbits llamado 'Sicomoro'

Su logro estriba en demostrar que su equipo ha logrado desarrollar un procesador cuántico de 54 cúbits —un cúbit, o 'qubit', es un bit cuántico) que bautizaron 'Sycamore' (como el árbol sicomoro). "Compuesto de puertas lógicas cuánticas rápidas y de gran fidelidad", fue capaz de realizar el cálculo en 200 segundos.

Como explica Ana Hernando en este artículo de ElDiario.es "la diferencia de los elementos binarios básicos de los ordenadores clásicos, o bits, que representan solo ceros o unos, los 'quantum bits' (cúbits), pueden representar ambos al mismo tiempo. Enlazando cúbits entre sí, el número de estados que podrían representar aumenta exponencialmente, lo que permite calcular millones de posibilidades al instante".

Lo importante de este avance es que a diferencia de la informática clásica basada en silicio este avance se basa en las propiedades de la mecánica cuántica. Como resultado, las computadoras cuánticas podrían resolver problemas que serían demasiado difíciles o incluso imposibles para las computadoras clásicas, como diseñar mejores baterías, descubrir qué moléculas podrían producir medicamentos efectivos o minimizar las emisiones de la creación de fertilizantes. También podrían ayudar a mejorar las tecnologías avanzadas existentes, como el aprendizaje automático.

"Con la primera computación cuántica que no puede ser razonablemente emulada en un ordenador clásico hemos abierto un nuevo terreno de computación para ser explorado. En base a las mediciones en nuestro experimento determinamos que al superordenador más rápido del mundo le llevaría 10.000 años producir un resultado similar", aseguran los dos científicos de Google en su anuncio en el blog; con muchísimas explicaciones técnicas irreproducibles para prácticamente cualquier persona, no digamos un periodista, pero que se puede consultar íntegramente aquí.

Los investigadores trabajaron en un dispositivo programable compuesto de 54 cúbits, que aprovechan la superposición y el entrelazamiento cuántico para explorar un espacio computacional exponencialmente mayor que el que es accesible con los bits clásicos. Un cúbit no funcionó correctamente, así que el programador cuántico funcionó con 53 cúbits.

Ese artículo comienza así: "Los físicos han estado hablando del potencial de la computación cuántica desde hace treinta años, pero las preguntas siempre eran si alguna vez sería útil o merecería la pena invertir en ella. Por ese tipo de enormes esfuerzos es una buena práctica de ingeniería formularse metas en corto término, pero decisidas, para comprobar si los diseños van en la dirección correcta. Así, desarrollamos este proyecto como un hito importantísimo para ayudar a responder estas cuestiones. Este experimento de supremacía cuántica ha indicado la dirección a nuestro equipo para superar los muchos retos tecnológicos inherentes a la ingeniería de sistemas cuánticos para construir una computadora que es programable y a la vez potente. Para probar el sistema de forma total seleccionamos una prueba muy exigente en la que si fallaba sólo un componente no podría dar el resultado esperado".

El 'Sycomore' (sicomoro), el procesador cuántico que Sergio Boixo ha ayudado a crear.
El 'Sycomore' (sicomoro), el procesador cuántico que Sergio Boixo ha ayudado a crear.

"Para hacerse una idea de cómo funcionó esta prueba, imagínense entusiásticos neófifos en computación cuántica visitando nuestro laboratorio para poner en marcha un algoritmo cuántico en nuestro nuevo procesador. Ellos pueden componer los algoritmos de un pequeño diccionario de operaciones de puertas elementales. Como cada una de ellas puede tener una probabilidad de error, nuestros invitados querrán limitarlas a una modesta sequencia de unas mil puertas. Asumiendo que estos programadores no tuvieran expereincia, querrían crear algo que esencialmente pareciera una secuencia aleatoria de puertas, con una de ellas pensada en forma de programa 'hola mundo' para un computador cuántico. Como no hay estructura en los circuitos aleatorios que los algoritmos clásicos puedan aprovechar (explotar, operar), emular esos circuitos cuánticos obtiene una enorme cantidad de potencia comparado con un superordenador clásico", viene a explicar la entrada del blog de Google.

"Los investigadores desarrollaron procesos de corrección de errores para mantener una alta fidelidad operativa (hasta un 99,99%). Para probar el sistema, diseñaron una tarea de muestreo de números aleatorios —donde los números aleatorios son producidos por un circuito cuántico— que se vuelve cada vez más exigente para los ordenadores clásicos a medida que aumenta el número de cúbits en el circuito cuántico. El procesador cuántico recolectó un millón de muestras de un circuito cuántico en aproximadamente 200 segundos, lo que habría llevado a un superordenador de última generación unos 10.000 años", resume Ana Hernando en su noticia.

"Para asegurar la utilidad futura de los ordenadores cuánticos tenemos que verificar que no hay obstáculos fundamentales por parte de la mecánica cuántica", apuntan los científicos de Google. Ya curtidos en experimentos anteriores, habían demostrado que la mecánica cuántica funciona de la forma esperada hasta unas dimensiones de espacio de estados de aproximadamente un millar. La nueva prueba ha aumentado este número hasta 10.000 billones (un diez seguido de 15 ceros) "y hemos descubierto que todo funciona todavía como esperábamos", aseguran.

Un avance increíble para la humanidad, del que un leonés de 46 años es uno de sus grandes responsables y que se hará famoso en el mundo entero —que tiene patentes sobre la computación cuántica y cuyo logro ya sale mencionado en el 'New York Times' o en CNET como aquel que cambiará la concepción de la Informática dejando a la actual mordiendo el polvo—, sobrepasando la mera noticia del periódico digital de su pequeña ciudad de nacimiento.

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